高效率F类对讲机功率放大器的设计与实现
高效率逆F类功率放大器设计 (2)
高效率逆F类功率放大器设计背景介绍功率放大器是一种电子设备，其主要作用是将信号从一个较低的能量级提高到一个较高的能量级以便驱动负载。
功率放大器广泛应用于音频、视频、通信、雷达、医学等领域。
随着电子产品的普及和发展，对功率放大器的要求也越来越高，如谐振转换器、逆F类放大器等设计方式逐渐被广泛采用。
本文将探讨如何设计一款高效率的逆F类功率放大器，以满足电子产品对功率放大器的高效率、高精度、高稳定性等方面的要求。
逆F 类功率放大器设计原理逆F类功率放大器是一种比传统的晶体管功率放大器更加高效的设计。
其基本原理是在晶体管的电流与电压的相位差的基础上，利用逆F 类谐振电路实现高效率的功率放大，同时有效减小了谐振电路的损耗，支持高速开关。
逆F 类谐振电路的运作原理是在晶体管的导通周期中，将电池的电能存储在电感和电容器之间，而在晶体管的关闭周期中，这些储存能量则会被释放并输出给负载。
逆F类功率放大器相比其他类型的功率放大器有如下优势：•高效率•低噪声•低失真•高频合成能力强•可以产生高质量开关信号但是，也有逆F类功率放大器存在如下缺点：•稳定性差•对晶体管的要求较高•制造成本较高为了设计出高效、高稳定性的逆F类功率放大器，需要注意以下几个方面的问题。
设计方案1. 晶体管的选择逆F类功率放大器的效率与晶体管的工作特性有关系，通常采用负温度系数的金属氧化物半导体(MOS)晶体管，它们有一个非常好的导通电阻特性，可以提高功率传输的效率。
在选择晶体管时，我们需要考虑其容量、导通电阻、输出电容等因素。
2. 逆F类谐振电路的设计逆F类谐振电路是逆F类功率放大器中最重要的组成部分。
在设计逆F类谐振电路时，需要考虑以下几个因素：1.谐振频率的选择：需要根据应用场景选择合适的谐振频率，谐振频率应该与负载的阻抗匹配。
2.逆F类谐振电路的Q值：Q值是衡量电路品质因数的指标，它会影响电路的带宽和衰减。
在逆F类谐振电路中，Q值需要控制在一个较高的范围，这样才能够提高功率传输的效率。
高效率F类功率放大器设计
高效率F类功率放大器设计作者：王程于洪喜来源：《现代电子技术》2014年第09期摘要： F类功率放大器是一种高效率的放大器，其理论效率可以达到100%，在无线通信领域中有着广泛的应用和广阔的发展前景。
简要阐述了F类放大器的基本理论，并对其效率进行了分析。
设计出了带有输入输出谐波控制的高效率F类功率放大器，仿真结果表明在工作频率1 GHz时，输出功率为38 dBm，功率附加效率为74%；输出功率和功率附加效率都优于同条件下的B类功率放大器。
关键词： F类功率放大器；高效率放大器；负载牵引法；无线通信中图分类号： TN722⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）09⁃0077⁃030 引言功率放大器作为无线通信系统中重要的前端器件，在移动通信、射频识别、雷达、电子对抗等很多领域都扮演着非常重要的角色。
射频功率放大器的损耗、效率、功率等都已经成为影响这些系统性能的关键问题。
随着无线通信系统的迅速发展，对“高效率”的需求日益增加。
由于功率放大器的效率将直接影响系统效率，因此，工作效率的提高，已经成为功率放大器研究的一个攻关难题。
F类功率放大器是非线性放大器的一种，也称为开关类功率放大器。
在F类工作模式分析中，通过谐波阻抗的峰化从而控制漏极的电压和电路的波形，最终得到效率的提高，理论效率可以达到100%。
而且由于F类功率放大器的易实现性，其得到了更加广泛的关注[1⁃4]。
1 F类功率放大器的基本理论线性放大器中，晶体管作为受控源。
晶体管的损耗造成了功率放大器主要的功率损耗。
而在非线性功率放大器中，晶体管作为一个开关，其工作状态是开或者是关，这样晶体管的电压和电流不存在交叠，晶体管管耗降低从而提高效率。
F类功放通过设计谐波网络来实现漏极电压和电流波形的控制，实现对漏极电压电流波形的整形。
从而实现漏极电流波形为半正弦波，漏极电压波形为方波。
而且在漏极电压和电流之间不存在叠加现象，这样理想的漏极效率可以达到100%。
高效率逆F类功率放大器设计
逆 Ｆ 功 率 放 大器 基 波 电流 和 电压 分量 分 别 由下 式 确 定 ： 类
＝ ＝
三柚 。 一 季Ｚ 盯。 ２ ‰
公式 （ ）给 出了理想 Ｆ类工作的电压与 电流波形。由傅 １ 里 叶 分 析 可 知 奇 次 谐 波 的 总 和 构 成 了方 波 电压 ，基 波 和 偶 次 谐 波 的 总 和 近 似 为 半 个 正 弦 电流 形 状 。时 域 上 没 有 交 叠 的 电 压 、电 流波 形决 定 了 １ ０ 集 电极 效率 。随着 工 作 频 率 的提 高 ， ０％ 实 际 Ｆ类 和逆 Ｆ类 功 率放 大器 输 入 输 出 匹 配 电路 设 计 时 ，很
在 这 种 情 况 下 ，理 想 的逆 Ｆ类 集 电极 效 率 可达 １０ ， 因 ０％ 为 电 流和 电压 之 间 无 交 叠 部 分 。 １０ 理想 集 电 极 效 率下 的器 ０％
件 集 电极 阻 抗 条件 必须 是
无 线 通 信 技 术 的 发 展 对 大 功 率 射 频 发 射 前 端 需 求 的 提 高 ， 加 剧 了 通信 系 统 线性 度 与 效 率 之 间 的 矛 盾 。 虽 然 当 前 新 的 技术 和 产 品不 断 涌现 ，Ｇ ＮＨ Ｍ 以 及 Ｈ Ｔ晶体 管 开 始 在 应 ａ Ｅ Ｔ Ｂ 用 于无 线 通 信 系 统 ，但 因其 昂贵 的 价 格 、稳 定 性 、偏 置 电 压 等 诸 多 因 素 的制 约 ， 还 未 成 为 主 流 设 计 产 品 。Ｌ Ｍ Ｓ 晶 体 管 ＤＯ 作 为 当 前 主 流功 率放 大 晶 体 管 ，功 率等 级 也 不 断 提 高 。 随 着 输 出功 率 的提 高 ，要 求 设 计者 采 用 合适 的放 大 结 构在 功 率 回 退 的基 础 之 上 维 持线 性 度 与 效 率 之 间平 衡 ， 如 ： Ｏ Ｅ Ｔ 结 诸 Ｄ Ｈ ＲＹ 构等 。 本 文 采 用 Ｌ Ｍ Ｓ晶 体 管 ， 设计 逆 Ｆ类 功 率 放 大 器 ， 在 维 ＤＯ 持一定线性度的情况下提高效率达 ８ 。 ％
高效率双频连续F类功率放大器的设计
高效率双频连续F类功率放大器的设计王帅;段亚朋;毋皓;安万通;李晓明【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2023(42)1【摘要】为满足多标准和多频段无线通信的需求,针对特定频段如何提高效率问题,基于连续F类功放的谐波控制理论,提出了一种高达三次谐波控制的双频功放设计方法,实现了两个频段的高效率性能。
首先,分析了电流源平面的各次谐波阻抗,基于连续F类阻抗设计空间的灵活性,设计的双频谐波控制网络将二次谐波控制在短路点附近,同时将三次谐波控制在开路点附近,可提高任意两个频段功放的效率。
随后,针对传统耦合器基频匹配网络在多频匹配方面的不足,提出了改进的双频阻抗匹配网络,简化了匹配方法并实现了不同频点的最佳基波阻抗同时匹配到标准的50Ω。
最后,使用Cree公司的CGH40010F GaN HEMT设计了一款工作在1.8和2.6 GHz的双频连续F类功率放大器,并进行测试,结果显示在1.8和2.6 GHz的饱和输出功率分别为40.6 dBm和39.5 dBm,最大功率附加效率分别为75.4%和74%,最大漏级效率均大于75%。
测试结果表明,所提出的双频谐波控制网络设计方法在提高功放效率方面具有显著优势。
【总页数】8页(P88-95)【作者】王帅;段亚朋;毋皓;安万通;李晓明【作者单位】河南理工大学电气工程与自动化学院【正文语种】中文【中图分类】TN722.5【相关文献】1.1.5～2.7 GHz宽带高效率混合连续类功率放大器设计2.VHF宽带E类高效率功率放大器设计3.高效率F类功率放大器设计4.一种基于高效率智能型600W D类音频功率放大器设计的防火报警系统5.X波段GaN高效率连续B类功率放大器芯片设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高效率ClassF功率放大器的设计
本文为移动通信设计了一款基于 InGaP/GaAs HBT 的高效率 Class F 射频功率放大器。当电源电压 为 5V，输出功率为 37dBm 时，此时放大器效率达到 68%。本文设计的输出匹配电路，明显改善了输出匹
（下转第 38 页）
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2011·10·（总第 149 期） 31
2.Institute of RF-&OE IC, Southeast University, Nanjing 210096,China）
Abstract: A high efficiency class F RF PA （power amplifier）is realized in an InGaP/GaAs HBT（heterojunction bipolar transistor） process. The characteristics and principle of class F power amplifier is described at first, and the bias circuit, the matching network and harmonic suppression technique are focused in this paper. The measurement results exhibit that the efficiency of the PA is 68% with 37- dBm output power, when the supply voltage is 5V. Key Word: Class F; RF Power Amplifier; Harmonic Suppression; Impedance Matching
3. 2 输出匹配网络的设计
应用于WCDMA的高效率F类功率放大器及数字预失真
应用于WCDMA的高效率F类功率放大器及数字预失真季连庆;徐志明;周健义;翟建锋
【期刊名称】《东南大学学报（英文版）》
【年(卷),期】2013(029)002
【摘要】采用Cree公司的GaN晶体管CGH40010,设计了一个工作在2.12 GHz,用于WCDMA的带有数字预失真的高效率F类功率放大器,以实现其高效率和高线性度.经过连续波信号测试,设计完成的F类功率放大器实现了75.2％的功率附加效率和39.4 dBm的最大输出功率.对峰均比为7.1dB、带宽为20 MHz的4载波WCDMA信号,经过数字预失真线性化技术后,F类功放在33.3 dBm的平均输出功率下,输出信号的邻信道功率比分别由-28.3和-27.5 dBc降低到-51.9和-54.0 dBc.功放的漏极效率达到37.8％.所设计的功率放大器可用于WCDMA系统中.
【总页数】4页(P125-128)
【作者】季连庆;徐志明;周健义;翟建锋
【作者单位】东南大学毫米波国家重点实验室,南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,南京210096
【正文语种】中文
【中图分类】TN722
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对讲机放大电路的设计
题目对讲机放大电路的设计学院理学院专业姓名学号指导教师对讲机放大电路的设计目录一、工作原理 (3)共射级电路 .................................................................................. 错误！未定义书签。
OCL电路 (8)二、技术指标 .. 错误！未定义书签。
三、设计步骤和方法错误！未定义书签。
1、确定电路方案................................................................... 错误！未定义书签。
2．计算元器件参数 (9)对讲机放大电路的设计放大器具有放大微弱信号的功能，所以得到了广泛的使用。
但因单级放大电路的增益不够高，实用的放大器一般均由多级放大电路组成。
以简单的对讲机为例，介绍多级放大电路的设计方法。
一、工作原理简单的对讲机原理图如下，其核心部分是放大器，它的作用是把话筒传送来的微弱电信号，放大到足以使扬声器发出声音。
如图1所示，利用开关K的切换作用，可以改变Y1、Y2与放大电路连接的位置，使Y1、Y2交替作为话筒和扬声器使用。
K处在图中所示位置时，Y2通过K接到放大器的输入端成为话筒，Y1则接在输出端为扬声器。
此时有人对着Y2讲话时，Y2把声音信号转换成电信号加到放大器的输入端，经放大器放大后可带动扬声器Y1发出声音，从而可在Y1处收听到Y2处的讲话。
当K拨到另一位置时，则可以在Y1处讲话，Y2处收听。
可以看出通过开关K的控制，能够实现双向有线通话。
因此，通常将此电路装置称作对讲机。
由于双向放大电路的对称性，下面仅对其中一向的设计进行详细介绍。
二、设计思路利用已学的基本放大电路（共射极，共基极，共集电极）以及负反馈技术，和功率放大器的相关知识设计多级放大电路，在满足对讲机的各项技术指标，并能取得比较理想的放大效果。
三、技术指标对于不同的放大器来说，由于用途不同，技术指标也就不问。
大神教你高效率F类射频功率放大器的研究与设计
大神教你高效率F类射频功率放大器的研究与设计1、引言射频功率放大器广泛应用于各种无线通信发射设备中，随着移动通讯服务的快速增长，对低耗、高效、体积小的要求也迅速增加。
众所周知，RF功放（PA）是射频传输中功率损耗最大的众多设计模块之一。
当前发展的第三代通信推动了对功放的更新，PA作为通信基站的核心部分，它的效率直接影响了整个基站的效率，因此研究解决功率放大器的效率问题成为当前研究的的热点。
F类放大器理论效率可以达到100%，所以F类功率放大器具有很好的研究前景。
2、理想F类放大器原理研究图1给出了功率放大器的基本结构，包含一个晶体管，直流源，输出匹配网络，输入匹配网络。
直流偏置作为直流源，晶体管可以是FET或者是BJT，本文以FET为例来说明。
晶体管漏极通过RF扼流圈接直流偏置电压Vd，通过输出网络匹配到50 Ohms最佳负载。
F类放大器通过在输出匹配网络用谐波振荡电路，从而在漏极负载出现对偶次谐波短路和奇次谐波开路来实现效率和输出功率的共同推进。
漏极电压由奇次谐波构成，接近方形波形。
而漏极电流包含基波和偶次谐波，近似一个半正弦波。
因为在漏极电压和电流之间没有交叠，理想效率可以达到100%。
器件漏极100%理想漏极效率的阻抗条件是：实现F类放大器的工作电压和电流波形信号，可使用奇次谐波来近似方波，偶次谐波来近似半正弦电流波形，表达式如下：其中，电压波形达到最大值和最小值的中间点的位置分别在和。
最小电压时的最大平坦度要求在偶阶导数为0。
由于，n为奇数时，奇阶导数等于0必须定义上式给出的电压波形的偶阶导数。
3、理论分析和设计方法理想F类功放表现为包含无限的协波，但是在设计中是不切实际。
应用于WLAN的高效率F类功率放大器
摘要 ：为 了提 高在 高速 率 信号传 输 下无 线通 讯 发 射 系统 中功 率 放 大器 的工 作 效 率 ， 出 了一种 提 结 构新 颖 的高效 率 Ｆ类功 率放 大器 ． 过计 算机 仿 真 与 实验板 调 试 相 结合 的方 法 确定 了放 大 器 通
的最佳 漏极 阻抗 ， 根据 Ｆ类放 大器 漏极 电压 和漏 极 电流 是相 位 差 为 Ａ ４的方 波 和半 正 弦 波 的特 ／
性， 通过 仿真 软 件设 计和 优 化 ， 计 出 的谐 波 滤波 网络在 输 出谐 波 频 点有 良好 的滤 波性 能． 了 设 为
降低 栅 源 电容对 输入 信 号造 成 的失真 ， 输入 端 口加 入 短 截 线 ， 高 了放 大 器 的漏极 效 率 ． 过 在 提 通 测 试 ， 率放 大器工 作在 ２ ４Ｇ 功 ． Ｈｚ时 ， ２ｄ 增 益 压 缩 点 的功 率 附加 效 率 为 ６ ％ ， 出功 率 为 在 Ｂ ７ 输 ３ Ｂ 测 试 结果 表 明 ， 高效 率功 率放 大器 适 合应用 于 ＷＬ Ｎ 无 线通 讯发 射 系统 ． ０ｄ ｍ． 该 Ａ 关键 词 ：Ｆ类功 率放 大器 ； 功率 附加 效率 ； ＡＮ 发 射 系统 ＷＬ 中 图分类 号 ：Ｔ ７ ２ Ｎ ２ 文献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：１ ０ — ５ ５ ２ １ ） ２０ ３ －４ ０ １ ０ ０ （ ０ ０ Ｓ ， ｉ ｌ ｉｎｉ ｐｒ ｒ ｄｔ ｅｉｎｈ ｒ ｏ ｉ ｆ ｔ ｉ ｕｔ ｈ ｉ － ｄ ａ ｃｄｄ ｓ ｙｔ ＡＤ ） ｓ ａ ｏ ｅｆ ｍｅ ｄ ｓ ａ ｎｃｉ ｅ ｃ ｃｉ ｇ ｅ ｍｕ ｔ ｓ ｏ ｏ ｇ ｍ ｌ ｒ ｒ ．Ｔ ｅｓ ｍｕ
ｌｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ａ ｉ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏｗ ｈａ ｈ ｌ ｒｃ ｒ ｕ ｔｈ ｓａ ｇ ｄ ｐ ｒｏ ａ ｃ ｔｔ ｅ ｆｅ ｅ ｃ ｈ ｅ ｏ ｎ ｏｎ ｔ ｔｔ ｅ ｆ ｔ ｉｃ ｉ ａ ｏｏ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｈ ｑｕ ｎ ｙ ｏｆｔ ｅ ｓ ｃ ｎｄ ａ ｄ ｉ ｅ ｍ ｒ ｔｉｄ ｈ ｒ ｎ ｃ ． Ａ ｔ ｂ ｐ ｒ ｌ ｌｄ ｗｉ ｈ ａ ｅ ｉ ｐ ｌｅ ｏ ａ ｉ ｏ ｉ ｅ ｒ ｄ ｓｏ ｔｏ ｔｔ ｅ ｉ ｐ ｔ ｈ ｒ ａ ｍｏ ｉ ｓ ｓｕ ａ ａｌ ｅ ｔ ｔ ｅ ｇ ｔ ｓ ａ ｐ ｉｄ ｔ ｖｏ ｄ ｎ ｎｌ ａ ｉｔ ｒｉ ｎ ａ ｈ ｎ ｕ ｅ ｈ ｎ
一种F类宽禁带高效功率放大器的设计
一种F类宽禁带高效功率放大器的设计安士全;曹锐【摘要】F类功率放大器是一种新型高效率放大器。
可用于雷达、通信和电子对抗等领域的末级功率放大器,是现代电子设备高效率、高功率和小型化功率放大器的重要途径。
分析了其工作原理和设计方法,并设计了一款S波段高效F类功率放大器,输出功率大于10 W,实际效率达到75%,增益大约12 dB,实测结果验证了仿真设计的有效性。
%Class-F power amplifier is a new high-efficiency amplifier. It can be used as the last stage power amplifiers for radar, communication and electronic warfare, and also be an important means of achieving high efficiency, high power and miniaturization for modern electronic devices. The working principle and design method are analyzed, and a high-efficiency class-F power amplifier at S-band is de- signed. Its output power is greater than 10 W, the actual efficiency is up to 75%, and the gain is about 12 dB.【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》【年(卷),期】2012(007)002【总页数】4页(P174-177)【关键词】F类功率放大器;高效;宽禁带【作者】安士全;曹锐【作者单位】中国电子科技集团公司第38研究所,合肥230031;中国电子科技集团公司第38研究所,合肥230031【正文语种】中文【中图分类】TN722.750 引言在雷达、通讯系统的功耗中发射机占了绝大部分，而其末级的功率放大器又是发射机中功耗最大的部件，据统计对于不同类型的发射机，末级功率放大器占整个系统功耗的60%～90%。
对讲机放大电路的设计
题目对讲机放大电路的设计学院理学院专业姓名学号指导教师对讲机放大电路的设计目录一、工作原理 (3)共射级电路 .................................................................................. 错误！未定义书签。
OCL电路 (8)二、技术指标 .. 错误！未定义书签。
三、设计步骤和方法错误！未定义书签。
1、确定电路方案................................................................... 错误！未定义书签。
2．计算元器件参数 (9)对讲机放大电路的设计放大器具有放大微弱信号的功能，所以得到了广泛的使用。
但因单级放大电路的增益不够高，实用的放大器一般均由多级放大电路组成。
以简单的对讲机为例，介绍多级放大电路的设计方法。
一、工作原理简单的对讲机原理图如下，其核心部分是放大器，它的作用是把话筒传送来的微弱电信号，放大到足以使扬声器发出声音。
如图1所示，利用开关K的切换作用，可以改变Y1、Y2与放大电路连接的位置，使Y1、Y2交替作为话筒和扬声器使用。
K处在图中所示位置时，Y2通过K接到放大器的输入端成为话筒，Y1则接在输出端为扬声器。
此时有人对着Y2讲话时，Y2把声音信号转换成电信号加到放大器的输入端，经放大器放大后可带动扬声器Y1发出声音，从而可在Y1处收听到Y2处的讲话。
当K拨到另一位置时，则可以在Y1处讲话，Y2处收听。
可以看出通过开关K的控制，能够实现双向有线通话。
因此，通常将此电路装置称作对讲机。
由于双向放大电路的对称性，下面仅对其中一向的设计进行详细介绍。
二、设计思路利用已学的基本放大电路（共射极，共基极，共集电极）以及负反馈技术，和功率放大器的相关知识设计多级放大电路，在满足对讲机的各项技术指标，并能取得比较理想的放大效果。
三、技术指标对于不同的放大器来说，由于用途不同，技术指标也就不问。
高效率F类功率放大器设计
高效率F类功率放大器设计王程;于洪喜【摘要】The class-F power amplifier(PA)is a high-efficiencyamplifier,whose theoretical efficiency can achieve 100%. It is widely used in wireless communication field and has a broad prospect. The basic theory of the class-F power amplifier is in-troduced and its efficiency is analyzed.A high-efficiency class-F power amplifier with input and output harmonic control was de-signed. The simulation result shows that the maximum power-added-efficiency(PAE)of 74% with 38 dBm output power can be achieved at 1 GHz,and under the same condition,it is better than class-B power amplifier in both PAE and output power.%F类功率放大器是一种高效率的放大器，其理论效率可以达到100%，在无线通信领域中有着广泛的应用和广阔的发展前景。
简要阐述了F类放大器的基本理论，并对其效率进行了分析。
设计出了带有输入输出谐波控制的高效率F类功率放大器，仿真结果表明在工作频率1 GHz时，输出功率为38 dBm，功率附加效率为74%；输出功率和功率附加效率都优于同条件下的B类功率放大器。
【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P77-79,82)【关键词】F类功率放大器;高效率放大器;负载牵引法;无线通信【作者】王程;于洪喜【作者单位】中国空间技术研究院西安分院，陕西西安 710100;中国空间技术研究院西安分院，陕西西安 710100【正文语种】中文【中图分类】TN722-340 引言功率放大器作为无线通信系统中重要的前端器件，在移动通信、射频识别、雷达、电子对抗等很多领域都扮演着非常重要的角色。
模电课程设计报告对讲机放大电路设计.doc
模电课程设计报告对讲机放大电路设计.doc一、放大电路设计放大电路是将信号的幅度增大的电路，它可以实现输入低电平的极性中等电平的信号的放大，增强音频信号的强度，用于讲机功能。
放大电路可分为放大模块，由于讲机是便携式器件，采用集成电路来实现放大功能可以节省空间，节省能耗，简化线路设计，减少调试时间与成本，所以使用集成电路或元件来实现放大电路。
根据讲机的功能能够，在设计的放大电路中，主要分为输入放大电路部分、中间放大电路部分和输出放大电路部分，其中输入放大电路的目的是将输入的被动信号的信号电平倍增，将这部分的被动信号转换为有源信号，其输出信号功率相当大，以便中间放大和输出放大电路能够充份放大，中间放大电路和输出放大电路的电路中，使用一对噪声级调节，调节放大电路电平以及电源稳定，而输出放大电路中，另外增加一系列电路，负责稳压、保护、限幅等作用，以确保其稳定可靠的运行。
二、技术要求在放大电路的选用上，要求有良好的放大效率，信噪比要高，偏置调整范围大，有良好的惰性特性，能降低共模抑制的能力，信号失真率低，有良好的阻尼特性，调整灵活，尽可能保证电路的精度。
三、实施过程首先，以LM386 和TL082为例来分析放大电路原理，分析生成放大电路模块和电路原理图，然后选择相应的元器件，根据图纸绘制放大模块图。
随后，组装放大模块的各个元器件，然后调试，测试输入电平、输出电平、调节范围是否符合要求。
最后，组装放大电路，做出完整的电路，最终测试电路音质，看是否符合设计说明。
四、存在问题讲机放大电路在设计过程中，要求放大效果好、电路精度高，但是空间有限、受电源噪声影响，电路复杂，测量调试较为困难，而且有时会出现信号串联耦合的现象，从而使信号的品质变差。
五、总结讲机的放大电路的设计是根据讲机的放大要求，使用集成电路或者元器件来实现，在设计过程中需要注意信号的稳定性和音质的精准，需要考虑信号增益的变化，综合分析考虑，确保讲机的使用可靠性和稳定性。
2.65 GHz双级高效、高增益F类开关功率放大器设计
2.65 GHz双级高效、高增益F类开关功率放大器设计摘要：在F类功率放大器的基本工作原理和设计方法的基础上，采用开路枝节微带线匹配的方法实现了F类功率放大器所需要的谐波阻抗匹配，并采用GaN HEMT晶体管设计制作了应用于无线通讯领域的双级高效高增益F类功率放大器。
在2.65 GHz工作频率，该功率放大器具有65.69%功率附加效率（PAE）、20 dB的功率增益和10 W输出功率。
该功率放大器的实测结果与电路仿真结果相吻合，证明了使用该方法设计F类功率放大器的有效性。
关键词：F类功率放大器；双级；高效率；高增益开关功放Abstract：In this paper，we use an open stub microstrip line to realize harmonic impedance matching of a class-F PA. We analyze the fundamental design methods of a class-F PA and design a two-stage high-efficiency，high-gain class-F PA using GaN HEMT. At 2.65 GHz，the PA has 65.69% power-added efficiency，20 dB gain，and 10 W output. The measured results conform with the circuit simulations，and this proves that our design method is effective.Key words：class-F power amplifier；two-stage；highefficiency；high gain switching-mode power amplifier 如今的移动通信基站对降低能耗的要求越来越高，高效节能绿色基站已经成为无线通信研究的焦点。
高效率ClassF功率放大器的设计
高效率ClassF功率放大器的设计高效率Class F功率放大器的设计作者：周勇，黄继伟作者单位：周勇(广州润芯信息技术有限公司,广东广州,510663)，黄继伟(广州润芯信息技术有限公司,广东广州510663／射频与光电集成电路研究所,江苏南京210096)刊名：中国集成电路英文刊名：China Integrated Circuit年，卷(期)：2011,20(10)参考文献(6条)1.Ahmed Al Tanany.Ahmed Sayed.Georg Boeck Design of Class F-1 Power Amplifier Using GaN pHEMT for Industrial Applications2.Young Yun Woo.Youngoo Yang.Ildu Kim.Bumman Kim Efficiency Comparison between Highly Efficient Class-F and Inverse Class-F Power Amplifiers[外文期刊] 2007(03)3.S.F.Ooi.S.K.Lee.A.Sambell.E.Korolkiewicz,and P.Butterworth Design of a High Efficiency Power Amplifier with Input and Output Harmonic Terminations[外文期刊] 2007(02)4.Noh Youn Sub.Park Chul Soon PCS/W-CDMA dual-band MMIC power amplifier with a newly proposed linearizing bias circuit[外文期刊] 2002(09)5.P.Butterworth.S.Gao.S F Ooi.A Sambell High-Efficiency Class-F Power Amplifier with Broadband Performance[外文期刊] 2005(03)6.Al Katz.J.Komiak Student High-Efficiency Power Amplifier Design Competition 2007(05)本文链接：/doc/0eaa80680b4e767f5bcfce63.html/Periodical_zgjcdl201110053.aspx。
高效率F类射频功率放大器的研究与设计
高效率F类射频功率放大器的研究与设计
1 引言
射频功率放大器广泛应用于各种无线通信发射设备中，随着移动通讯服务的快速增长，对低耗、高效、体积小的要求也迅速增加。
众所周知，RF 功
放(PA)是射频传输中功率损耗最大的众多设计模块之一。
当前发展的第三代通信推动了对功放的更新，PA 作为通信基站的核心部分，它的效率直接影响了
整个基站的效率，因此研究解决功率放大器的效率问题成为当前研究的的热点。
F 类放大器理论效率可以达到100%，所以F 类功率放大器具有很好的研究前景。
2 理想F 类放大器原理研究
F 类放大器通过在输出匹配网络用谐波振荡电路，从而在漏极负载出现对偶次谐波短路和奇次谐波开路来实现效率和输出功率的共同推进。
漏极电压由奇次谐波构成，接近方形波形。
而漏极电流包含基波和偶次谐波，近似一个半正弦波。
因为在漏极电压和电流之间没有交叠，理想效率可以达到100%。
器件漏极100%理想漏极效率的阻抗条件是：
实现F 类放大器的工作电压和电流波形信号，可使用奇次谐波来近似方波，偶次谐波来近似半正弦电流波形，表达式如下：
其中，。
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图６为电源电压为３．６ Ｖ时实际芯片的测试结 果，从图中可以看出工作频率为４１０ ＭＨｚ时输出功
南敬昌 等：高效率Ｆ类对讲机功率放大器的设计与实现
耋为３０ ｄＢｍ，２窖竺翌篓，为６６％，各阶谐波均小
于一６９ ｄＢｃ，满足设计指标。
ｐ．／ｄｎｍ （－）ＴＢＤ¨Ｐｃ
６ 结…。论
本文简要介绍了Ｆ类射频功率放大器的工作原 理，设计了一个电源电压为３．６ Ｖ，工作频段为４０５ ～４１５ ＭＨｚ，输出功率为３０ ｄＢｍ的Ｆ类对讲机功率 放大器，在谐波失真较大时提出了一种优化的方 法，明显改善了谐波失真。功率放大器的工艺采用 ２ ｐＪｎ ＧａＡｓ ＨＢＴ工艺。功率放大器电路采用Ａｇｉｌｅｎｔ 公司的ＡＤＳ软件对电路进行了仿真和优化，并给 出了仿真结果；采用Ｃａｄｅｎｃｅ公司的软件工具 Ｖｉｒｔｕｏｓｏ对版图进行设计，最终给出实际芯片的测 试结果，其中在４１０ ＭＨｚ的工作频率下，输出功率 为３０ ｄＢｍ，增益为２２ ｄＢｍ，功率附加效率为６６％， 各阶谐波均小于一６９ ｄＢｍ，完全满足设计指标。
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｌｏｗ ＴＨＤ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒｐｈｏｎｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｗ８８ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｏｒｋｉｎｇ ａｔ ４０５－４１５ ＭＩ－ｈ， ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ３０ ｄＢｍ，ａｎｄ ＰＡＥ ６５％，８０ｍｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｔｗｏ－ ｓｔａｇｅ ｓｉｎｇｌｅ ｅｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ｏｕｔｐｕｔ ｍａｔｃｈ ｎｅｔ ｏｆ Ｃｌａｓｓ Ｆ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｕｔ ｏｆ ｃｈｉｐ ｆｉｈｅｒ ｆｏｒ ｂｉｇ ＴＨＤ，ｄｉｓｐｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ＴＨＤ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ（ＴＨＤ ｉｓ ｕｎｄｅｒ一６９ ｄＢｅ）．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ Ｃｌａｓｓ Ｆ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ２ ｐｍ ＧａＡｓ ＨＢＴ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｆｔｅｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｃｈｉｐ，ｉｔ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｕｌｆｉｌｌ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｇｏａｌ．
２００９年３月
南敬昌 等：高效率Ｆ类对讲机功率放大器的设计与实现
外又专门设计了５０皿５０ Ｑ的滤波器，在不改变功率 放大器其他指标的同时滤除谐波，以满足设计要求。 图４为片外滤波器原理图。
Ｔｅｒｍ Ｔｃｒｍｌ Ｎｕｍ＝Ｉ Ｚ每５０Ｑ
Ｔｅｒｍ Ｔｃｒｎｌ２
Ｎｕｍ＝２
弘５０ Ｑ
图４片外滤波器网络
Ｆｉｇ．４ Ｆ／］ｔｅｒ ｏｕｔ ｏｆ ｃｈｉｐ
关键词：Ｆ类射频功率放大器；单端结构；输出匹配网络；谐波失真；片外滤波器 中图分类号：ＴＮ７２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３．３５３Ｘ（２００９）０３．０２９５．０４
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｃｌａｓｓ Ｆ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｆｏｒ
１ Ｆ类功率放大器工作原理
Ｆ类功率放大器使用输出滤波器对晶体管集电 极电压或者电流中的谐波成分进行控制，归整晶体 管集电极的电压波形或者电流波形，使得它们没有 重叠区，减小开关的损耗，提高功率放大器的效率。
如果驱动信号是一个占空比为５０％的方波信 号，晶体管可近似作为一个理想开关，集电极看到 的基频阻抗为ＲＬ，高阶奇次谐波阻抗为无穷大，而 高阶偶次谐波阻抗为０。因此晶体管集电极的电压
板，板厚ｌ嘲。射频走线要遵循５０ Ｑ传输线的设计
原则，对于不同板材，可以用Ａｐｐｃ８ｄ软件来计算线 宽和线到地距离，在满足射频走线为５０ ｎ的条件
下，走线线宽为４０咖，线到地距离３０衄，同时在
射频线两侧要尽量多的打上地孔，位置靠近传输线 但不超出地铜箔，意在利用多层铜箔通过过孔并联 获得较低阻抗和较短的高频电流传输路径。
Ｑ鱼罩巍ｄ‘霉叶西霹高科山皇目》
３５ ３０
晶体管集电极电压的峰值为２‰，基频成分的
幅度为
ｎ＝｛‰
（１）
如果流过开关的电流峰值为，ｐｋ，则这个电流中 的基频成分和直流成分分别为
／１＝垒２
‰＝每
晶体管的宽度应根据最大电流要求，口ｋ来确定。
而优化负载阻抗值为
。
Ｖｔ ８‰
１‘ｏｐｔ一，１一兀‘，ｋ
Ｆ类放大器的输出功率为
７
１
Ｐ砌＝÷‰‰
电源提供的直流功耗为
Ｐｄｃ＝‰ｋ＝÷‰ｌｐｋ＝Ｐ。ｕｔ
因此理想Ｆ类放大器的效率为１００％。 Ｆ类放大器的功率利用因子为
ＰＵＦ＝涤毪＝鲁
它的最大输出功率比Ａ类放大器高约１．０５ ｄＢ［３］。
２ 电路设计
为了满足设计指标，电路采用两级单端功率放 大器级联结构，图１为功率放大器结构框图。
图１功率放大器结构框图
ｒｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ
功率放大器的设计对于对讲机的性能有着重要 的影响。针对对讲机对饱和输出功率、功率附加效 率、谐波失真等几个特性指标要求较高的特点，设
Ｍａｒｃｈ ２００９
万方数据
计采用Ｆ类功率放大器工作模式来提高效率，针对 设计过程中谐波失真过大的问题，提出了一种谐波 失真的优化方法，来满足低谐波失真的设计指标。 最后采用２弘ｍ ＧａＡｓ ＨＢＴ工艺实现了高效率Ｆ类对 讲机功率放大器。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｌａｓｓ Ｆ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｓｉｎｇｈ ｅｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｏｕｔｐｕｔ ｍａｔｃｈ ｎｅｔ；ＴＨＤ；ｆｄｔｅｒ ｏｕｔ，．ｏｆ ｃｈｉｐ ～
ＥＥＡＣＣ：１２２０
０ 引言
无线电对讲机的应用非常广泛，即时沟通、一 呼百应、经济实用、运营成本低、不耗费通话费 用、节约使用方便，同时还具有组呼通播、系统呼 叫、机密呼叫等功能。在处理紧急突发事件中，在 进行调度指挥中其作用是其他通信工具所不能比拟 的。无线电对讲机和其他无线通信工具（如手机） 其市场定位各不相同，难以互相取代，还将长期使 用下去。数字通信可以提供更丰富的业务种类、更 好的业务质量、更好的保密特性、更好的连接性和 更高的频谱效率…。
图３输出匹配网络仿真结果
魄．３ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ ｍａｔｃｈｉｎｓ
３ 电路仿真与谐波优化
本次设计采用Ａｇｉｌｅｎｔ公司的ＡＤＳ软件对电路进
行了仿真和优化，晶体管采用２肿ＧａＡｓ ＨＢＴ工艺
的Ｃ．ｕｍｍｅｌ—Ｐｏｏｈ模型，这里不再对模型的建立与参 数的提取进行讨论，把重点放在仿真的结果和电路 的优化方面【４Ｊ。对以上设计电路进行仿真后得到以 下结果，虽然在输出功率、增益和效率方面已经满 足设计要求，但是谐波失真仍然较大，不能满足设 计要求。所以，这里对谐波失真进行了优化，在片
Ｉｎｔｅｒｐｈｏｎｅ Байду номын сангаасｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
１２５１０５，‰） Ｎａｎ Ｊｉｎｇｃｈａｎｇ，Ｌｉｕ Ｌｅｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ旷Ｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，忱Ｄ，嘞Ｔ∞ｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕｌｕｄａｏ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｌａｓｓ Ｆ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａ ｈｉｓｈ
集成电路设计与开发
Ｉ）ｅｓｉｇｎ ａｎｄ ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＩＣ
高效率Ｆ类对讲机功率放大器的设计与实现
南敬昌，刘磊
（辽宁工程技术大学电子与信患工程学院，辽宁葫芦岛１２５１０５）
摘要：研究了Ｆ类射频功率放大器的电路结构与工作原理，并设计了一个工作频段为４０５— ４１５ ＭＩ－Ｉｚ、输出功率为３０ ｄＢｍ、功率附加效率达到６５％的高效率低谐波失真的Ｆ类对讲机功率放 大器。为了达到设计指标，设计采用了一些特殊的方法，包括采用两级单端结构功率放大器结 构、Ｆ类功率放大器输出匹配网络，并针对谐波失真过大进行了片外滤波器的设计，有效地滤除 了谐波（各阶谐波小于一６９ ｄＢｅ）。最后采用２肚ｍ ＧａＡｓ ＨＢＴ工艺Ｆ类对讲机功率放大器，经过对 实际芯片的测试证明结果完全满足设计指标。
南敬昌 等：高效率Ｆ类对讲机功率放大器的设计与实现
波形中将包含有各奇次谐波成分，它是一个理想的 方波。由于晶体管集电极看到的各高阶奇次谐波阻 抗为无穷大，而各高阶偶次谐波阻抗为０，因此流 过开关的电流中仅包含有基频频率成分和各高阶偶 次谐波成分。在传统功率放大器分析中，已经知道 Ｂ类放大器中流过输出晶体管的电流就仅具有这些 成分，因此Ｆ类放大器流过开关的电流波形与Ｂ类 放大器的电流波形一样，也是半个周期的正弦波。 流过开关电流中的基频成分在负载ＲＩ．上产生输出功 率，而其他高阶偶次谐波成分则由ＬＣ并联谐振网络 短路到地，因此负载上的电压波形和电流波形都是 理想的正弦波，没有谐波损耗ｔ２】。
图５为优化后的整个功率放大器的仿真结果。 从图中可以看出，输出功率大于３１ ｄＢｍ，效率达到 ６７％，二次谐波乃至其他高次谐波均被滤除，小于 一６９ ｄＢｃ，满足设计指标。